引言
為徹底消滅超載現(xiàn)象,，禁止超載車(chē)輛上路，實(shí)現(xiàn)司機(jī)在駕駛室內(nèi)就可知道車(chē)輛的載荷情況,，而地面稽查人員通過(guò)無(wú)線通信裝置可隨時(shí)隨地檢測(cè)車(chē)輛的載荷量,，從而有利于制止車(chē)輛的超載行為。因此，這里提出一種基于AD7891的車(chē)輛稱重采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用電容法檢測(cè)車(chē)輛載荷,，并利用車(chē)輛本身的板彈簧作為稱重傳感器的彈性體。
2 車(chē)輛稱重系統(tǒng)簡(jiǎn)介
車(chē)輛電容稱重裝置安裝在被測(cè)車(chē)輛上,。稱重裝置的核心器件是電容稱重傳感器,，電容傳感器的極板安裝在車(chē)輛輪軸的中部上方與車(chē)廂底(或車(chē)架)之間，通過(guò)測(cè)量車(chē)輛板彈簧的形變轉(zhuǎn)換為電容值的變化,，得到載荷值,。圖1為車(chē)載式電容稱重傳感器示意圖。
在車(chē)輛稱重系統(tǒng)中,，若車(chē)輛有前后兩根輪軸,，則圖2為車(chē)輛稱重系統(tǒng)框圖。前后傳感器將載荷變化轉(zhuǎn)換為電容變化,；電容測(cè)量電路將電容值轉(zhuǎn)換為電壓值,；DSP將傳感器輸出的電壓值進(jìn)行加轉(zhuǎn)換，其數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算,、處理后,，將整車(chē)載荷值送至顯示器。由于系統(tǒng)中需采集的數(shù)據(jù)量較大,，特別是動(dòng)態(tài)稱重測(cè)量,，為了滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求，車(chē)輛稱重采集系統(tǒng)采用AD7891和TMS320LF2407 DSP實(shí)現(xiàn)車(chē)輛稱重?cái)?shù)據(jù)采集,。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用美國(guó)ADI公司的AD7891型A／D轉(zhuǎn)換器,，它是一種內(nèi)含輸入多路轉(zhuǎn)換器和采樣保持放大器的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，輸入模擬信號(hào)范圍為-10～+10 V,，理論精度指標(biāo)可達(dá)4．88 mV,，適合與各種微處理器、控制器以及數(shù)字信號(hào)處理機(jī)連接,。它和DSP有并行和串行兩種工作模式,，并有8個(gè)具有過(guò)壓保護(hù)的模擬信號(hào)通道，允許過(guò)壓值為±17 V,，只對(duì)1個(gè)通道信號(hào)采樣時(shí),，最大采樣速率可達(dá)454．5 kS／s。AD7891采用單電源工作,，功耗低,。非常適用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測(cè)試設(shè)備等方面應(yīng)用。因此,，該車(chē)輛稱重系統(tǒng)采用AD7891完全能夠滿足系統(tǒng)各項(xiàng)要求,。在高速采集系統(tǒng)中,，AD7891與DSP相結(jié)合通常采用串行或并行方式，利用軟件控制數(shù)據(jù)線方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的采集速度,。AD7891與DSP采用并行方式,，使用DSPI／O端口的A、B,、C,、D、E數(shù)據(jù)和方向控制器實(shí)現(xiàn)AD7891的時(shí)序控制,。另外由于DSP的I/O端口電壓為3．3 V,，而AD7-891的端口電壓為5 V，當(dāng)DSP的端口只向AD7891的端口發(fā)送信號(hào)時(shí)．通過(guò)DSP的I／O端口直接接至AD7891,；但如果從AD7891的端口直接向DSP的端口發(fā)送信號(hào)則有可能損壞DSP,。因此需要高速雙向電平轉(zhuǎn)換器，這里選用P174LVCC424-5A,，由于一片P174LVCC4245A只能處理8位數(shù)據(jù)線,，因此需要2片P174LVCC4245A進(jìn)行電平匹配。其硬件連接電路如圖3所示．圖3中DSP對(duì)A,。D7891的時(shí)序控制完全是通過(guò)TMS320LF2407 DSP的I/O端口實(shí)現(xiàn),，D[O：11]指向DSP接口。AD7891的CS,、WR,、CONVST、RD,、EOC時(shí)序控制引腳分別與DSP I／O端口的IOPB4,、IOPB5、IOPB6,、IOPB7,、IOPF4相匹配,。AD7891引腳和DSP I／O端口通過(guò)2片電平轉(zhuǎn)換器P174LVCC4245A連接,，其引腳配置如圖3所示。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)程序流程主要是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析處理,。圖4為車(chē)輛稱重?cái)?shù)據(jù)處理程序流程．其中初始化DSP,、AD7891和外圍元件，包括設(shè)置堆棧指針,，設(shè)置定時(shí)器工作模式并使其能中斷,，設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器初值及對(duì)A／D轉(zhuǎn)換器初始化等。系統(tǒng)上電后,，首先執(zhí)行初始化程序,。初始化完成后．調(diào)用信號(hào)采集和A／D轉(zhuǎn)換程序,，分別采集前、后輪軸的電容傳感器輸出信號(hào)和車(chē)輛加速度傳感器輸出信號(hào),。
通過(guò)圖4看出．程序的關(guān)鍵就是準(zhǔn)確采集到傳感器輸出電壓,。為實(shí)現(xiàn)車(chē)輛稱重系統(tǒng)的高速采樣，首先分析AD7891的時(shí)序,，圖5為AD7891并行工作時(shí)序,。
圖5中，t1為從CS到RD/WR的觸發(fā)時(shí)間,，t2為寫(xiě)脈沖寬度,，不小于35 ns；t3為寫(xiě)有效數(shù)據(jù)時(shí)間,，不小于25 ns,；t4為有效數(shù)據(jù)保持時(shí)間，不小于5 ns,；t5為CS到RD/WR的保持時(shí)間,，t6為CONVST脈沖寬度時(shí)間，不小于35 ns;t7為EOC脈沖寬度時(shí)間,，不小于55 ns,；t8為度脈沖寬度，不小于35 ns,；t9為RD下降沿之后讀數(shù)據(jù)時(shí)間,，不小于25 ns；tCONV為轉(zhuǎn)換時(shí)間,，不大于1．6μs,。為實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)的高速實(shí)時(shí)采樣必須合理準(zhǔn)確分配以上各時(shí)間，AD7891的工作時(shí)序全部由DSP的I／O端口實(shí)現(xiàn),。系統(tǒng)DSP主頻時(shí)鐘為30 MHz,，采用分頻15 MHz輸出，單周期指令運(yùn)行的時(shí)間為33 ns,。用C語(yǔ)言執(zhí)行一個(gè)I／O端口指令,，編譯完后，大概需要4個(gè)周期指令時(shí)間,。下面是測(cè)控系統(tǒng)DSP對(duì)通道1采集的C語(yǔ)言程序代碼：
以上程序代碼完全能夠控制圖5所示的AD7891時(shí)序,，從而滿足車(chē)輛稱重系統(tǒng)對(duì)采集系統(tǒng)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí),、高速的要求,。
5 試驗(yàn)結(jié)果
車(chē)輛稱重系統(tǒng)試驗(yàn)是在額定載量為500 kg的輕型貨車(chē)上進(jìn)行的。試驗(yàn)時(shí)駕駛室乘坐2人,，體重共75kg,，車(chē)廂內(nèi)靠前部均勻擺放沙袋作為載荷,，車(chē)速最高為40 km／h。圖6記錄了車(chē)輛靜止一起步一加速一制動(dòng)一停止全過(guò)程中采集輸出電壓的變化曲線,。圖6中時(shí)間段：0～9 s為發(fā)動(dòng)機(jī)熄火靜止和點(diǎn)火階段,，此時(shí)，前,、后軸采集輸出電壓均無(wú)變化：9～18 s為掛擋加速起步階段,，此時(shí)加速度明顯增大，前軸傳感器采集輸出電壓降低,，后軸傳感器采集輸出電壓升高,；以后的18~32 s階段，包括換擋,、加速過(guò)程,，換擋時(shí)車(chē)輛滑行，加速度減小,，前軸采集輸出電壓升高,，后軸輸出電壓降低；從第32 s進(jìn)入脫擋階段,，開(kāi)始制動(dòng),，加速度急劇減小，前軸采集輸出電壓明顯升高,，后軸采集輸出電壓降低,，第38 s時(shí)達(dá)到最大峰值點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果證明,，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠完成系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)高速實(shí)時(shí)采集的需求,。
6 結(jié)論
車(chē)輛稱重采集系統(tǒng)采用DSP的I／O端口讀取AD7891的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)DSP編程完全控制AD7891的時(shí)序,，雖然占用大量的DSP I／O端口．但由于TMS320LF2407 DSP I／O端口豐富,，因此這種實(shí)現(xiàn)方式完全可行。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，成本低廉,，不僅能夠滿足車(chē)輛的靜態(tài)稱重，而且動(dòng)態(tài)稱重的精度也高于2％,，完全能滿足公路超載檢測(cè)要求,。